Функциональный преобразовательНАпРяжЕНия Советский патент 1981 года по МПК G06G7/26 

1

Изобретение относится к преобразователям напряжения с формированием сигнала,описываемым линейной или нелинейной функцией, и може быть использовано в аналоговых вычислительных машинах.

Известно устройство, предназначенное для функционального преобразования напряжения, содержащее ключи, накопительные конденсаторы. Усилительные элементы 1j.

Однако это устройство отличается сложной функциональной схемой и, как следствие, невысокой точностью работы.

Наиболее близким по техническрй сущности и достигаемого результату к предлагаемому является функциональный преобразовгтель напряжения, содержащий операционный усилитель, между инвертирующим и выходо которого включен первый какспительный конденсатор, неинвертируннЦивход операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, второй накопительный конденсатор, элемент с односторонней проводимостью и разрядный ключ, вход которого подключен к выходу.операционного усилителя,генератор импульсов.

выход опреационного усилителя является выходом функционального преобразователя напряжения 2. Недостаток устройства воспроизведение тЪлько линейной 3)ункции.

Цель изобретения - расширение класса воспроизводимых функций. Поставленная цель достигается

тем, что в функциональный.преобразователь напряжения введены дополнительные ключи и соединенные последовательно делитель частрты, дифференцирукхций элемент, инвертор,

причем вход первого дополнительного ключа подключен ко входу функционального преобразователя напряжения, выход первого дополнительного ключа соединен со входом второго дополнительного ключа, выход которого присоединен ко входу третьего дополнительного ключа и к первой обкладке второго накопительного конденсатора, выход операционного усилителя подключен ко входу четвертого дополнительного ключа и через элемет с односторонней проводимостью ко входу второго дополнительного ключа, выход четвертого дополнительного ключа соединен со второй обкладкой второго накопительного конденсатора и со входом пятого дополнительного ключа, выход которог подключен к выходу третьего дополнительногр ключа и к инвертирующему операционного усилителя, выход разрядного ключа подсоединен к шине нулевого потенциала, выход дифференцирующего элемента соединен с управляющим входом первого дополнительного ключа, выход инвертора под ключен к управляющему входу разрядного ключа, управляющие входы второ го и пятого дополнительных ключей подсоединены к первому выходу генератора импуль сов, второй выход кото го соединён с управляющими входами третьего и четвертого дополнительны ключей, третий выход генератора импульсов подключен ко входу делителя частоты. На чертеже изображена схема функ ционального преобразователя напряжения. Он содержит делитель 1 частоты, первый, второй, третий, четвертый и пятый дополнительные ключи 2-6 элемент 7 с односторонней проводимость операционный усилитель 8, первый и второй накопительные конденсаторы 9 и 10, дифференцирующий элемент 11, инвертор 12, разрядный ключ.13, генератор 14 импульсов, вход 15 и в ход 16 функциональ.ного преобразоват ля напряжения и шину 17 нулевого по тенциала. Функциональный преобразователь напряжения работает следующим обра,зом. Сигналы от генератора 14 импульсов управляют работой второго и пятого дополнительных ключей 3 и 6, третьего и четвертого дополнительны ключей 4 и 5, а через делитель 1 частоты и дифференцирующий элементу 11 управляют работой первого дополнительного ключа 2. Эти же сигналы через делитель 1 частоты, дифференцирующий элемент 11 и инвертор 12 управляют работой разрядного ключа Все ключи выполнены на полевых транзисторах (см.чертеж). Время, в течение которого замкну ты второй, третий, четвертый и пяты дополнительные ключи 3-6, определяется длительностью импульсов генера тора 14 импульсов. В начальный (первый) момент вре мени замыкаются первый, второй и пятый дополнительные ключи 2,3 и б. В результате этого второй накопи тельный конденсатор 10 заряжается до напряжения, действующего на выходе 15. На выходе операционного усилителя в этот момент будет напря жение, величина которого зависит от отношения емкостей второго и первог накопительных конденсаторов 10 и 9 При равенстве емкостей напряжение на выходе операционного усилителя В равно напряжению, действующему на входе 15. Элемент 7 с односторонней проводимостью, выполненный на диоде, не пропускает напряжения, действующего на входе 15., на выход операционного усилителя 8. Время- нахождения первого дополнительного ключа 2 в замкнутом состоянии определяется длительностью импульса с выхода дифференцирующего элемента 11. Следующее замыкание первого дополнительного ключа 2 происходит с приходом по переднему фронту очередного импульса с выхода делителя 1 частоты. С появлением очередного импульса (во второй момент времени) от генератора 14 импульсов замыкается третий и четвертый дополнительные ключи 4 и 5; к этому моменту или ко второму импульсу от генератора 14 импульсов уже разомкнуты первый, второй и пятый дополнительные ключи 2,3 и 6. В результате выходной сигнал операционного усилителя 8 заряжает второй накопительный конденсатор 10 до величины выходного напряжения, .т.е. напряжение на втором накопительном конденсаторе 10 удваивается. Поэтому напряжение на выходе 16 в течение времени от второго до третьего импульса от генератора 14 импульсов равно удвоенному напряжению, действующему на входе 15. С приходом третьего импульса от генератора 14 импульсов вновь замыкаются второй и пятый дополнительные ключи 3 и 6, и второй накопительный конденсатор 10 вновь получает дополнительный заряд с выхода операционного усилителя 8 по цепи положительной обратной связи через элементы 7 с односторонней проводимостью и замкнутые второй и пятый дополнительные ключи 3 и 6. Величина напряжения, существующая в этот момент времени на выходе 16, равна удвоенному входному напряжению. Поэтому выходное напряжение операционного усилителя 8, суммируясь с напряжением на втором накопительном конденсаторе 10, существовавшее в течение времени от второго до третьего импульса, становится равным учетверенному значению напряжения, действующему на входе 15 функционального преобразователя напряжения.Следовательно, в интервале времени от третьего до четвертого импульса от генератора 14 импульсов напряжение на выходе 16 также равно значению учетверенного входного напряжения. В общем случае, для текущего мо-мента времени, выходное напряжение равно: где t 0,1,2,3...n - моменты време ни, соответствующие импульсам от ге нератора 14 импульсов. В более общем виде можно записать:у а-Ь где а и Ь постоянные коэффициенты выходная и входная вели у и X чины сигналов соответст венно. Путем изменения входной величины и частоты генератора 14 импульсов воспроизводят экспоненциальные функ ции с различной крутизной, что озна чает расширение класса воспроизводимых функций. В момент времени, определяемый коэффициентом деления делителя частоты, замыкается разрядный ключ 13. В результате этого сигнал на выходе операционного усилителя снижается до нуля.. Далее процессы повторяются Формула изобретения Функциональный преобразователь напряжения, содержащий операционный усилитель, между инвертирующим вход и выходом которого включен первый накопительный конденсатор, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с шиной нулевого поте циала, второй накопительный конденсатор, элемент с односторонней проводимостью и разрядный ключ, вход которого подключен к выходу операционного усилителя, генератор импульсов, выход операционного усилит ля является выходом функционального преобразователя напряжения, о т.л и чающийся тем. Что, с целью расширения класса воспроизводимых функций, в него введены дополнительные ключи и соединенные последовательно делитель «я.стоты, дифференцирующий элемент, инвертор, причем вход первого дополнительного ключа подключен ко входу функционального преобразователя напряжения, выход первого дополнитель toro ключа соединен со входом второго дополнительного ключа, выход которого присоединен ко входу третьего дополнительного ключа и к первой обкладке второго накопительного конденсатора, выход операционного усилителя подключен ко входу четвертого дополнительного ключа и через элемент с односторонней проводимостью - ко входу второго дополнительного ключа, выход четвертого дополнительного ключа соединен со второй обкладкой второго накопительного конденсатора и со входом пятого дополнительного ключа, выход которого подключен к выходу третьего дополнительного ключа и к инвертирующему входу операционного усилителя, выход разряд-: ного ключа подсоединен к шине нулевого потенциала, выход дифференцирующего элемента соединен с управляющим входом первого дополнительного ключа, выход инвертора подключен к управляюще1«1у входу разрядного ключа, управляющие входы второго и пятого дополнительных ключей подсоединены к первому выходу генератора импульсов , второй выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого дополнительных ключей, третий выход генератора импульсов подключен ко входу делителя частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Цифровые электроизмерительные приборы. Под ред. В.М. Шляндина, Энергия, 1972, с. 188-190. .2. Дж. Ленк. Руководство для пользователей операционных усилителей, Связь,. 1978, с. 194-198, рис. 4.5 (прототип).